非接觸式機械密封技術(shù)

實現(xiàn)以人為本—健康平安環(huán)保經(jīng)濟—現(xiàn)代化生產(chǎn)新理念目錄1．非接觸式機械密封概述2．非接觸式機械密封工作原理3．非接觸式機械密封與接觸式機械密封比較4．影響非接觸式機械密封性能的主要參數(shù)5．非接觸式機械密封典型結(jié)構(gòu)5.1離心壓縮機用非接觸式機械密封5.2離心泵用非接觸式機械密封5.3低速攪拌器用非接觸式機械密封6．非接觸式機械密封監(jiān)控系統(tǒng)1．非接觸式機械端面密封概述理論依據(jù)：1886年，雷諾(Reynolds)提出潤滑理論的根本方程〔即N-S方程〕。壓差流剪切流擠壓流2.非接觸式機械密封工作原理圖1氣膜密封結(jié)構(gòu)示意圖

2.1氣膜密封氣膜密封的根本組成動環(huán)彈簧盒靜環(huán)動環(huán)O形圈推環(huán)靜環(huán)O形圈彈簧彈性元件a密封端面結(jié)構(gòu)b下游泵送原理圖2氣膜密封工作原理氣膜密封的工作原理圖3氣膜密封力平衡示意圖2.2液膜密封工作原理普遍采用的液膜潤滑螺旋槽上游泵送機械密封端面結(jié)構(gòu)。假設(shè)動環(huán)外徑側(cè)為高壓被密封液體〔規(guī)定為上游側(cè)〕，內(nèi)徑側(cè)為低壓流體〔可氣體亦可液體，規(guī)定為下游側(cè)〕，當動環(huán)旋轉(zhuǎn)時，在螺旋槽粘性流體動壓效應(yīng)的作用下，動靜環(huán)端面之間產(chǎn)生一層厚度極薄的流體膜，使動靜環(huán)端面保持別離即非接觸狀態(tài)。在外、內(nèi)徑壓力差作用下，高壓被密封液體產(chǎn)生由外到內(nèi)的壓差流Qp，而螺旋槽流體動壓效應(yīng)所產(chǎn)生的粘性剪切流Qs方向由內(nèi)徑指向外徑，與壓差流Qp方向相反，此為上游泵送概念的由來。包括零泄漏密封和零逸出密封兩種。a密封端面結(jié)構(gòu)b上游泵送原理圖4上游泵送機械密封工作原理

圖5零逸出液膜密封力學分析

密封公司壓力，MPa溫度，℃周向速度m/s軸徑，mmJohnCrane45400200330Burgmann20550200300Flowserve23230200300國內(nèi)152001503003.非接觸式密封與機械密封比較

氣膜密封機械密封應(yīng)用時間1976年1900年工作原理氣膜潤滑、非接觸式密封混合摩擦潤滑、接觸式密封使用壽命3年以上平均1年左右功率消耗不足機械密封的5%與密封軸徑、轉(zhuǎn)速有關(guān)輔助系統(tǒng)輔助系統(tǒng)簡單、可靠性高、使用中無需維護、無功率消耗。密封輔助系統(tǒng)復雜，需專用阻塞流體泵送及壓力控制系統(tǒng)，壓力控制要求嚴格；輔助系統(tǒng)故障率高，運行、維護成本高。對工藝影響程度密封介質(zhì)為工藝氣體本身或氮氣，對工藝無任何影響。密封介質(zhì)為液體，密封介質(zhì)泄漏進入工藝流程后會對后續(xù)工藝產(chǎn)生極大影響，甚至破壞工藝造成停產(chǎn)。對環(huán)境污染程度僅有微量氮氣往大氣泄漏，對環(huán)境無污染，是環(huán)保型密封。有密封油或工藝介質(zhì)泄漏，對環(huán)境有一定污染。泄漏量過大時對生產(chǎn)帶來較大安全隱患。運行費用一次性投入大，運行成本極低一次性投入小，運行成本高各種密封的泄漏比照〔計算結(jié)果〕計算數(shù)據(jù)：直徑為140,轉(zhuǎn)速為5000rpm，下游壓力為0.6MPa，上游壓力為0.75MPa，密封介質(zhì)為空氣，阻塞介質(zhì)為油。密封形式特征值質(zhì)量泄漏量(kg/h)氣體泄漏量（m3/min)氣體潤滑迷宮密封15個齒141.61.82碳環(huán)密封4環(huán),各10mm,0.05mm間隙28.80.37氣膜密封膜厚5微米4.80.06液體潤滑油泄漏介質(zhì)側(cè)大氣側(cè)kg/hL/hkg/hL/h浮環(huán)密封2環(huán),各20mm,0.05mm間隙6.67.231.836機械密封膜厚1微米0.0660.0720.090.102圖6壓縮機用雙端面密封輔助系統(tǒng)圖7氣膜密封輔助系統(tǒng)實例比照1〔氣膜密封〕某石化公司氯堿廠一原料泵〔軸徑為35mm〕為例：原來采用接觸式機械密封，后改為氣膜密封，使用效果比照方下表：比較內(nèi)容接觸式單機械密封雙端面氣膜密封泄漏運行一開始出現(xiàn)泄漏無泄漏使用壽命不超過6個月三年以上產(chǎn)品價格1650元/套13000元/套+3000元系統(tǒng)費用3年備件費用9900元16000元摩擦功耗0.85kW0.05kW3年電能消耗20196kW，10098元1188kW，594元密封水氣消耗每分鐘3升脫鹽水，3年消耗4277噸，合計64152元0.04NM3/小時氮氣，3年消耗950NM3氮氣，合計950元費用核計84150元17544元節(jié)約費用66606元實例比照2〔液膜密封〕中鋁公司某氧化鋁廠一進料泵〔軸徑為80mm〕為例：原來采用接觸式機械密封，后改為雙端面液膜密封，使用效果比照方下表：比較內(nèi)容雙端面集裝式機械密封雙端面集裝式液膜密封泄漏運行不久出現(xiàn)泄漏無泄漏使用壽命不超過3個月半年以上產(chǎn)品價格6,500元/套21,000元/套年備件費用26,000元42,000元摩擦功耗8.85kW0.5kW半年電能消耗38,232kW，19,116元2,160kW，1080元半年水蒸汽消耗0.39噸/小時，103元/噸，合計17,3534元0.01噸/小時，103元/噸，合計4450元一年費用核計218,650元26,530元年節(jié)約費用192,120元原機械密封使用情況液膜密封使用情況4.

影響非接觸式密封性能的主要參數(shù)影響非接觸機械密封性能的參數(shù)為密封結(jié)構(gòu)參數(shù)和密封操作參數(shù)。1.密封結(jié)構(gòu)參數(shù)1.1密封端面動壓槽形狀〔以下圖〕理論研究說明，在氣膜密封端面開任何形狀的溝槽，都能產(chǎn)生動壓效應(yīng)。對數(shù)螺旋槽產(chǎn)生的流體動壓效應(yīng)最強，用其作為氣膜密封動壓槽而形成的氣膜剛度最大，及氣膜密封的穩(wěn)定性最好。1.2密封端面動壓槽深度流體動壓槽深度與氣膜厚度為同一量級時密封的氣膜剛度最大。動壓槽深度一般在3—10微米。在其余參數(shù)確定的情況下，動壓槽深度有一最正確值。1.3密封端面動壓槽數(shù)量、動壓槽寬度、動壓槽長度理論研究說明，氣膜密封動壓槽數(shù)量趨于無限時，動壓效應(yīng)最強。不過，當動壓槽到達一定數(shù)量后，再增加槽數(shù)時，對氣膜密封性能影響已經(jīng)很小。此外，氣膜密封動壓槽寬度、動壓槽長度對密封性能都有一定的影響。氣膜密封端面結(jié)構(gòu)液膜密封端面結(jié)構(gòu)氣膜密封端面結(jié)構(gòu)

雙向旋轉(zhuǎn)功能的“T〞型槽氣膜密封端面結(jié)構(gòu)

單向旋轉(zhuǎn)功能的端面螺旋槽2.操作參數(shù)對密封泄漏量的影響2.1密封直徑、轉(zhuǎn)速對泄漏量的影響密封直徑越大，轉(zhuǎn)速越高，密封環(huán)線速度越大，氣膜密封的泄漏量就越大。2.2

密封介質(zhì)壓力對泄漏量的影響不難想象，在密封工作間隙一定的情況下，密封氣壓力越高，氣體泄漏量越大。2.3

介質(zhì)溫度、介質(zhì)粘度對泄漏量的影響介質(zhì)溫度對泄漏量的影響是由于溫度對介質(zhì)粘度有影響而造成的。介質(zhì)粘度增加，動壓效應(yīng)增強，氣膜厚度增加，但同時流經(jīng)密封端面間隙的阻力增加。因此，對密封泄漏量的影響不是很大。氣膜密封的功耗密封尺寸及轉(zhuǎn)速對泄漏量的影響壓力、溫度及氣體性質(zhì)對泄漏量的影響5.氣膜密封典型結(jié)構(gòu)

壓縮機用單端面氣膜密封(singledrygasseal)

工藝介質(zhì)側(cè)大氣側(cè)潔凈的阻塞氣體阻塞氣體泄漏壓縮機雙端面氣膜密封(doubledrygasseal)

泄漏泄漏工藝流體側(cè)大氣側(cè)阻塞氣體壓縮機串聯(lián)式氣膜密封(tandemseal)阻塞氣體工藝介質(zhì)側(cè)大氣側(cè)泄漏泄漏工藝側(cè)大氣側(cè)干凈阻塞氣體中性阻塞氣體泄漏中性阻塞氣體阻塞密封氣次級泄漏及阻塞泵用雙端面氣膜密封泵用雙端面氣膜密封泵用串聯(lián)式氣膜密封

低速攪拌器用氣膜密封6.氣膜密封監(jiān)控系統(tǒng)6.1壓縮機用單端面氣膜密封系統(tǒng)〔API617〕6.2壓縮機用雙端面氣膜密封系統(tǒng)〔API617〕6.3壓縮機用串聯(lián)式〔帶中間梳齒〕氣膜密封系統(tǒng)〔API617〕6.4壓縮機用串聯(lián)式〔不帶中間梳齒〕氣膜密封系統(tǒng)〔API617〕泵用串聯(lián)式氣膜密封監(jiān)控系統(tǒng)泵用雙端面氣膜密封監(jiān)控系統(tǒng)泵用干氣密封控制盤氣膜密封的選擇工藝氣體是空氣或氮氣密封氣體為空氣或氮氣,允許向大氣泄漏工藝氣體易燃、易爆、有毒密封氣體=外部工藝氣體

單端面氣膜密封withtertiaryseal可否得到別離氣體?經(jīng)用戶同